Die Solar-Wärmepumpe: (Fast) eine Erfindung aus dem 19. Jahrhundert

Mit gutem Grund bezeichnen die Siedler Ihre Erfindung als ‚Erfindung‘. Ohne dass es Ihnen bewusst war, stehen sie auf den Schultern von Giganten – von findigen Ingenieuren wie Edwin Harrison McHenry.

McHenry war Manager und Chefingenieur bei verschiedenen Eisenbahnunternehmen, u.a. der Canadian Pacific Railway. Offenbar auch ein Quereinsteiger in die Solartechnik – oder Ingenieure waren damals prinzipiell sehr vielseitig [1]: Er reichte 1879 das US-Amerikanische Patent Nr. 0659450 ein mit dem Titel:

Apparatus for Obtaining Power From Solar Heat

Die Erfindung beschreibt, wie Energie aus einer Wärmequelle genutzt wird, die wir heute als Solarkollektor bezeichnen würden.

    Erfindung von Edwin H. McHenry, eingereicht 1879: Apparatur for Obtaining Power from Solar Heat. (Bildquelle: US-Patentdatenbank, siehe auch [2])

Erfinding von Edwin H. McHenry, eingereicht 1879: Apparatur for Obtaining Power from Solar Heat. (Bildquelle: US-Patentdatenbank, siehe auch [2])

Zu Recht kann man die handgezeichneten Grafiken der Patente dieser Zeit als Kunst bezeichnen. So wie der Solarkollektor eine alte Erfindung ist, hatte auch schon jemand die Geschäftsidee, diese Bilder in hoher Qualität nachzudrucken und zu verkaufen [3].

Ist das eine Wärmepumpe?

Der Solarkollektor gewinnt die Energie aus Strahlung oder der Umgebungsluft – hier wurde intuitiv die Bedeutung der winterlichen Wärmeübertragung durch Konvektion erkannt. Ebenso wird betont, dass Wärme nur bei niedriger Temperatur zur Verfügung gestellt werden muss.

Die Zeichnung kann als Darstellung des Funktionsprinzips einer Wärmepumpe interpretiert werden:

Das Kältemittel verdampft bei niedriger Temperatur und niedrigem Druck (D3 –> D2), wird verdichtet (E) und gibt Wärme beim Kondensieren bei hoher Temperatur und hohem Druck ab (F2 –> F3). Dann wird das flüssige Kältemittel entspannt und gibt Arbeit ab, indem ein Kolben bewegt wird (G).

Der Verdichter wird als Motor (Engine) bezeichnet und ist ist – im Gegensatz zu modernen Scrollverdichtern – als Kolbenverdichter eingezeichnet.

In einer modernen Wärmepumpe würde zur Entspannung ein Expansionsventil verwendet – man verzichtet auf die geringen Energiegewinne durch einen Motor oder eine Turbine.

Als Kältemittel werden Ammoniak und Kohlendioxid vorgeschlagen – letzteres wurde 1999 von einem Österreichischen Erfinder verwendet als Kältemittel in der CO2-Tiefensonde.

Oder ist es durch ein Kraftwerk?

Allerdings erläutert McHenry, es würde im Verdichter-Motor (E) Energie abgegeben und es müsste in der ‚Pumpe‘ (G) Energie aufgewendet werden. Über Drücke und Temperaturen werden keine Angaben gemacht.

Würde tatsächlich Energie an einen Motor E angegeben durch Entspannung von heißem Dampf unter hohem Druck, dann wäre das wieder die Umkehrung der Wärmepumpe als Kraftwerk. In diesem Fall sind Temperatur und Druck im Kondensator (‚Conde…‘) niedriger als im Verdampfer.

Solarkraftwerk goettelborn

Solarthermisches Kraftwerk

McHenry hatte wahrscheinlich eher die Erfindung eines Solar-Dampfkraftwerks im Sinn – vielleicht als alternative Antriebe für seine Züge.
Niedertemperatur-Dampfkraftwerke werden heute mit Thermoölen als Arbeitsmittel realisiert (OCR-Prozess).

War die Zeit reif für die Wärmepumpe?

Wie ein Blick in eine umfassende Geschichte der Entwicklung von Wärmepumpen [4] zeigt, war McHenry nahe dran und die Zeit um die Jahrhundertwende reif für die Entwicklung von Wärmepumpen für die Heizung von Haushalten:

  • Um 1850 entwickelte der Österreischische Pionier Peter von Rittinger seine als die erste Wärmepumpe bezeichnete Dampfpumpe, die aber nicht stabil funktionierte [5].
  • Ca. ein halbes Jahrhundert später… litt die Schweiz während und nach dem ersten Weltkrieg an einer grossen Brennstoffknappheit. Gleichzeitig bestand das Potenzial für einen Ausbau der Wasserkraft. Not macht erfinderisch. So begannen um 1918 ernsthafte Diskussionen über die Aussichten einer Raumheizung mit Wärmepumpen [4, S.24].

Und sonst:

Das Lesen der Patentschrift von McHenry bietet auch interessante Einblicke in die Entwicklung der Englischen Sprache – wir würden diese Texte gerne von John Cleese gelesen als Audio-Buch kaufen. Ist das eine neue Geschäftsidee?

My invention relates to improvements in means for developing power from solar heat or other sources of heat of low degree, and particularly within the range of ordinary atmospheric temperatures, its object being to render available that potential latent energy from such sources of heat which has not heretofore been commercially utilized.

____________________________________

[1] Diese Sammlung von McHenrys Dokumenten der Arizona State University belegt, dass der Eisenbahningenieur tatsächlich identisch ist mit dem Solar-Forscher – außer es gab um 1900 zwei Chefingenieure bei genannten Eisenbahnlinien, die sich mit ‚Solarmotoren‘ beschäftigt hatten.
[2] Das Bild wurde verwendet, da Bilder in Amerikanischen Patentschriften im Allgemeinen keinem Copyright unterliegen.
[3] Bezugsquelle for hochwertigen Nachdruck dieses Kunstwerks.
[4] Martin Zogg: Geschichte der Wärmepumpe.
[5] Originalpublikation von 1855: Ueber ein neues Abdampfverfahren mittelst einer und derselben Wärmemenge, welche durch Wasserkraft in ununterbrochenen Kreislauf versetzt wird; vom Oberbergrath Rittinger in Wien.

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